JPS62123291A - 大口径長尺垂直サ−モサイホン - Google Patents

大口径長尺垂直サ−モサイホン

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JPS62123291A
JPS62123291A JP60260924A JP26092485A JPS62123291A JP S62123291 A JPS62123291 A JP S62123291A JP 60260924 A JP60260924 A JP 60260924A JP 26092485 A JP26092485 A JP 26092485A JP S62123291 A JPS62123291 A JP S62123291A
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JP
Japan
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working fluid
heat
pipe
liquid
wall surface
Prior art date
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Pending
Application number
JP60260924A
Other languages
English (en)
Inventor
Masao Shiraishi
白石 正夫
Koichi Masuko
耕一 益子
Tsuneaki Motai
恒明 馬渡
Masushi Sakatani
益司 坂谷
Masataka Mochizuki
正孝 望月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Fujikura Ltd
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Fujikura Ltd filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
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Publication of JPS62123291A publication Critical patent/JPS62123291A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24TGEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00Geothermal collectors
    • F24T10/30Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24TGEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00Geothermal collectors
    • F24T10/40Geothermal collectors operated without external energy sources, e.g. using thermosiphonic circulation or heat pipes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は地熱の回収や地中に冷熱を蓄えるべく地中を
冷却するなどの場合に用いることのできるサーモサイホ
ンに関するもので市る。
従来の技術 地中から熱を取出す方法として、地中に送り込んだ水を
地熱によって蒸発・気化させ、過熱蒸気として取出す方
法が知られている。しかしながらこの方法では、蒸気井
や給水弁などを掘る必要があるうえに、熱交換器や給水
設備などの大型の設備を必要とする問題がある。このよ
うな不都合を解消する方法として、ヒートパイプにより
地熱を地上まで輸送する方法が提案されている。この方
法は第4図に示すように地中の高温域Hにまでヒートパ
イプ1を挿入するとともに、地上に突き出させた上端部
を熱交換器2に接続し、ここで適宜の熱媒体3に熱を与
える方法でおる。したがってこの方法によれば、ヒート
パイプ1は内部に封入した作動流体がその蒸発潜熱とし
て熱を輸送するものであるから、水蒸気による場合と同
程度の熱輸送を行なうことができ、しかも作動流体はパ
イプの内部を自動的に循環流動するから、簡単な設備と
することができる。
また従来、ウィックのないヒートパイプすなわち熱サイ
ホンを熱輸送手段として用いる方法が考えられており、
これは放熱して凝縮液化した作動流体を重力によって下
部に還流させるものでめる。
発明が解決しようとする問題点 しかるにヒートパイプあるいは熟サイホンを用いる場合
であっても、継続して熱輸送を行なうには、入熱のある
箇所に常時液相の作動流体を供給しておく必要′があり
、そのため一般には、一時的な多量の入熱に対処するべ
く充分な量の作動流体をヒートパイプヤ熱サイホンに封
入しているが、地熱を取出すためにはヒートパイプある
いは熱サイホンをほぼ垂直に地中に埋め込むため、液相
の作動流体が底に溜って所M液柱4を形成してしまう。
その結果、地熱によって作動流体の蒸発が生じる壁面が
、液柱4によって覆われて作動流体の蒸発面積が減少し
、効率が悪化する問題がめった。
ざらに比較的高温の地熱を採熱する場合には、作動流体
の蒸発が相当激しく生じるうえに、ヒートパイプあるい
は熱サイホンを相当長くする必要があるが、作動流体蒸
気は比較的高速の上昇流となるのに対し、凝縮液化した
作動流体は壁面に沿って流下するから、作動流体蒸気と
作動液との対向流による相互作用が長い区間に渡って生
じるため、作動液の飛散やフラッディングが発生して充
分な作動液の還流が得られず、所謂ドライアウトが生じ
易く、熱輸送効率が低下する問題がおった。なお、ヒー
トパイプにおっては、毛細管圧力を生じさせるウィック
を内部に設けておるから、前記液柱4からの作動流体の
吸い上げや内壁面への液相作動流体の保持・供給をおる
程度前なうことができるが、ウィックによって保持でき
る液量が少な、いうえに、ウィックにより生じる毛細管
圧力に対してヒートパイプの長さが長く、高低差が大き
いから、液相作動流体の充分な供給が行なえず、結局ウ
ィックを設けてあってもドライアウトが生じるおそれが
多分にめった。
この発明は上記の事情に鑑み、低い位置の吸熱部から高
い位置の放熱部に向けて熱輸送を行なうサーモサイホン
において、外部からの入熱によって蒸発の生じる箇所へ
の作動液の還流を充分行なわせて熱輸送能力の増大を図
ることを目的とするものでおる。
問題点を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、下端側を高
温部に臨ませた吸熱部としかつ上端部に放熱部を設けた
密閉管の内部に非凝縮性ガスを排気した状態で凝縮性流
体が封入され、その密閉管のうち前記放熱部よりわずか
下がった箇所に、凝縮液化した凝縮性流体を貯留する液
溜め部が設けられ、その液溜め部には、前記密閉管のう
ち前記高温部側に位置する下端内壁面に向けて開口する
複数本の還流分配管が流量調整弁を介して接続された構
成でおることを特徴とするものである。
作   用 したがってこの発明のサーモサイホンでは、密閉管の内
部に封入した作動流体が高温部の熱によって蒸発すると
ともに、その蒸気が上昇流となって密閉管の内部を放熱
部に流れ、ここで外部に熱を奪われて作動流体が凝縮液
化する。すなわち作動流体がその蒸発潜熱として熱を輸
送する。こうして生じだ液相の作動流体は、放熱部より
下側にある液溜め部に流入し、ここに一時貯留された後
、流量調整弁および複数本の還流分配管を介して密閉管
のうち作動流体の蒸発が生じる高温部側の下端内壁部に
分配供給される。すなわち液相作動流体は入熱がある箇
所から分離独立した′!?i溜め部に貯留さるとともに
、作動流体の蒸気流から隔絶された状態で入熱が市る箇
所に還流させられる。
実施例 つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図はこの発明の一実施例を原理的に示す模式図で必
って、ここに示す大ロ径長尺垂直す−七サイホン10は
、密閉管11の内部から窄気等の非凝縮性ガスを真空排
気した後に、水等の目的とする動作温度に適した凝縮性
の流体を作動流体12として封入した構成であり、その
サーモサイホン10の下端部側の大部分が地中の高温部
に埋設されて吸熱部13とされている。またサーモサイ
ホン10を構成する密閉管11のうち地上に突き出てい
る上端部が、所定の箇所から下方に向けて曲げられてリ
ザーバ(液溜め部)14に連通され、かつそのリザーバ
14よりわずか上側に放熱部15が形成されている。放
熱部15は、作動流体蒸゛  気から熱を奪うことによ
り、作動流体によって輸送した地中の熱を外部に取出ず
ためのものでおって、地熱の利用形態に応じて各種の構
成のものを用いることができ、例えば前記密閉@11の
外側にジャケット16を取付け、その内部に水や空気等
の適宜の受熱媒体17を流して作動流体12との間で熱
授受を行なわせる構成とずればよい。またリザーバ14
は、多量の入熱があっても継続して熱輸送を行なうに充
分な量の液相作動流体12を貯留することのできる容積
を有し、その上端部に作動流体注入用の注液バルブ18
が取付けられている。
ざらに前記リザーバ14の下部には、流量調整弁19を
介して複数本の還流分配管20が接続されており、その
各還流分配管20は、前記密閉管11の外側から内側に
貫通し、かつ密閉管11のうち吸熱部13における上下
に異なる位置で内壁面に向けて開口している。
上述した大口径長尺垂直サーモサイホン10において、
地熱を熱エネルギーとし−(回収する場合必るいは冷熱
を蓄えるべく地中を凍結状態に維持する場合のいずれで
おっても放熱部15の温度を地中温度以下に設定する。
この状態で前記流量調整弁19を開いてリザーバ14内
の作動流体12を還流分配管20に流出させれば、液相
の作動流体12は各還流分配管20を通って前記密閉管
11の内壁面に向けて噴出する。その場合、各還流分配
管20の開口端が互いに十下方向にずれているから、密
閉管11の内壁面に均等に液相作動流体12が分配供給
される。こうして供給された液相作動流体12は密閉管
11の内壁面に沿って流下する間に地熱を受けて蒸発気
化し、蒸気流となって密閉管11の内部を前記放熱部1
5に向けて流れる。その間において液相の作動流体12
は前記還流分配管2Qによって密閉管1つの内壁面の近
くまで直接送られるから、蒸気流と作動液とが対向流と
なる区間が極めて短くなり、したがって作動液の飛散が
生じるおそれがほとんどない。また地熱にって蒸発する
作動流体の量と還流分配管20によって供給される作動
流体の量とが等しくなるよう前記流量調整弁19の開度
を調整することにより、密閉管11の底部に液柱が生じ
ることを防止し、吸熱部13に位置する密閉管11の内
面全体を作動流体の蒸発面とすることができる。
つぎにこの発明の他の実施例を説明する。第2図は放熱
部15の構成を前述した実施例とは異ならせた例を示す
もので、ここに示す大口径長尺垂直サーモサイホンは、
密閉管11のうちリザーバ14よりわずか上側に、水等
の受熱媒体17を流通ざぜる冷却コイル21を挿入し、
ここを放熱部15としたものでおる。したがって第2図
に示すサーモサイホンでは、作動流体蒸気が冷却コイル
21内の受熱媒体17に熱を与えて凝縮液化することに
より、熱の回収が行なわれ、また)疑縮液化した作動流
体12は前述の場合と同様に、リザーバ14に一時貯留
された後、流量調整弁19および還流分配管20を介し
て吸熱部13に還流させられる。
第3図はこの発明の更に他の実施例を示すもので、密閉
管11の上端部が大径の密閉容器22の内部に下側から
挿入され、かつ密閉管11の上端部が、その容器22の
内部の所定の愚さの位置で開口している。そして前記容
器22の内部には、受熱媒体17を流通させる冷却コイ
ル23が密閉管11の上端外周側に配置されており、さ
らに前記容器22の底部には、流量調整弁19を介して
複数本の還流分配管20が接続されている。すなわち第
3図に示すサーモサイホンでは、作動流体蒸気が密閉管
11から前記容器22の内部に流入し、ここで冷却コイ
ル23に熱を与えて凝縮液化し、その液相作動流体12
が容器22の内部に一時貯溜され、しかる後作動液が流
量調整弁19および還流分配管20を介し−C密閉管1
1の下端部側に還流させられる。したがって容器22が
リザーバ14となり、かつ容器22の内部が放熱部15
となっている。
これら第2図および第3図に示すいずれの構成であって
も、液相の作動流体12を蒸発の生じる吸熱部に充分還
流させることができる。
なお、吸熱部13側へ還流させる作動液量を適正化する
ため、前記リザーバ14に液面表示計を設け、あるいは
一部を透明にして5?i面高さを外811から視認でき
るようにしてもよい。また前記還流分配管20は密閉管
11おける内壁面の円周方向に向けて液相作動流体を積
極的に供給することができないので、円周方向への分配
供給を促進するために密閉管11の内周面に金属網など
のウィックを添設してもよい。
・ 発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の大口径長尺垂
直サーモサイホンにおいては、下端側を高温部に臨ませ
た吸熱部としかつ上端部に放熱部を設けた密閉管の内部
に非凝縮性ガスを排気した状態で凝縮性流体が封入され
、その密閉管のうち前記放熱部よりわずか下がった箇所
に、凝縮液化した凝縮性流体を貯留する液溜め部が設け
られ、その液溜め部には、前記密閉管のうち前記高温部
側に位置する下端内壁面に向けて開口する複数本の還流
分配管が流担調整弁を介して接続された構成であるから
、過分な液相作動流体を液溜め部に貯留してあくことに
より、畜閉管内に液柱が生じることを防止して広い蒸発
面積を確保することができる。また入熱箇所に還流する
液体流と蒸気流とを還流分配管によって隔絶できるから
、これら両者の対向流による液相作動流体の飛散を防止
し、必要十分な量の作動液を還流させることかでき、高
温部における受熱面全体に効率良く作動液を供給できる
ため、受熱面のドライアウトが防止できその結果、熱輸
送量が増大し、地熱の回収や取出しを従来になく効率良
く行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を原理的に示す模式図、第
2図はこの発明の他の実施例における放熱部の構成を示
す略解図、第3図はこの発明の更に他の実施例を示す模
式図、第4図は従来の装置を原理的に示す模式図である
。 10・・・サーモサイホン、 11・・・密閉管、 1
2・・・作動流体、 13・・・吸熱部、 14・・・
リザーバ、15・・・放熱部、 19・・・流m調整弁
、 20・・・還流分配管。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 下端側を高温部に臨ませた吸熱部としかつ上端部に放熱
    部を設けた密閉管の内部に非凝縮性ガスを排気した状態
    で凝縮性流体が封入され、その密閉管のうち前記放熱部
    よりわずか下がった箇所に、凝縮液化した凝縮性流体を
    貯留する液溜め部が設けられ、その液溜め部には、前記
    密閉管のうち前記高温部側に位置する下端内壁面に向け
    て開口する複数本の還流分配管が流量調整弁を介して接
    続されていることを特徴とする大口径長尺垂直サーモサ
    イホン。
JP60260924A 1985-11-20 1985-11-20 大口径長尺垂直サ−モサイホン Pending JPS62123291A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2012078080A (ja) * 2010-09-07 2012-04-19 Daikin Industries Ltd 地中熱交換器、及びそれを利用したヒートポンプ

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JPS5746271B2 (ja) * 1974-07-17 1982-10-02

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